RU2731528C1 - Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range - Google Patents

Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range Download PDF

Info

Publication number
RU2731528C1
RU2731528C1 RU2020107529A RU2020107529A RU2731528C1 RU 2731528 C1 RU2731528 C1 RU 2731528C1 RU 2020107529 A RU2020107529 A RU 2020107529A RU 2020107529 A RU2020107529 A RU 2020107529A RU 2731528 C1 RU2731528 C1 RU 2731528C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal processing
resistor
processing channel
pass filter
input
Prior art date
Application number
RU2020107529A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Евгеньевич Архипов
Василий Сергеевич Сериков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2020107529A priority Critical patent/RU2731528C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731528C1 publication Critical patent/RU2731528C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver

Abstract

FIELD: optical instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to optical instrument-making and concerns a device for receiving, amplifying and preprocessing signals of optical data channels in the infrared range. Device comprises an infrared photodiode connected in a photodiode mode, a signal processing unit, a switch and a stereo audio amplifier. Signal processing unit comprises an operational amplifier (OA) with a resistor in a negative feedback circuit, three capacitors and seven resistors, two signal processing channels connected to OA output consisting of in-series connected high-pass filters (HPF) and low-pass filters (LPF). One channel performs amplitude demodulation of the signal and comprises an amplitude demodulator connected between HPF and LPF. Outputs of the signal processing channels are outputs of the signal processing unit and are connected to inputs of the switch, the output of which is connected to the first input of the stereo audio amplifier.
EFFECT: technical result consists in widening the range of wavelengths of infrared signals, high selectivity of signals of different frequencies, enabling detection of amplitude-simulated signals and high speed of operation of the device.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для обнаружения оптических каналов передачи информации в широком диапазоне длин волн ИК излучения и широком динамическом диапазоне несущих частот, как с амплитудной модуляцией, так и без нее.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to detect optical channels for transmitting information in a wide range of IR radiation wavelengths and a wide dynamic range of carrier frequencies, both with and without amplitude modulation.

Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном (ИК) диапазоне предназначено для приема, усиления, предварительной обработки и обнаружения сигналов каналов передачи данных в ИК диапазоне, в том числе АМ каналов, за счет усиления и предварительной обработки сигналов с ИК фотодиодов, направленных на источник излучения. При этом сигналы каждого ИК фотодиода усиливаются и предварительно обрабатываются отдельными блоками обработки сигнала, а затем усиливаются аудиоусилителем для звукового оповещения.A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared (IR) range is designed to receive, amplify, pre-process and detect signals from data transmission channels in the infrared range, including AM channels, by amplifying and pre-processing signals with IR photodiodes aimed at the radiation source. In this case, the signals of each IR photodiode are amplified and pre-processed by separate signal processing units, and then amplified by an audio amplifier for sound notification.

Известно устройство для съема и обработки сигналов с фотодиода - патент РФ на полезную модель №40554 «Устройство для съема и обработки сигналов с фотодиода», опубл. 10.09.2004 г. Бюл. № 25.Known device for picking up and processing signals from a photodiode - RF patent for useful model No. 40554 "Device for picking up and processing signals from a photodiode", publ. September 10, 2004 Byull. No. 25.

Устройство для съема и обработки сигналов с фотодиода, предназначено для предварительной обработки сигналов с фотодиодов. Оно содержит последовательно соединенные блоки в цепи каждого фотодиода: ТИУ, фильтр высоких частот, подавляющий сигнал от постоянной засветки фоном, дискретно-временные интеграторы на ОУ с включенным в цепь обратной связи ограничителем. Выходы ТИУ и выходы дискретно-временных интеграторов на ОУ подключены к входам коммутатора, который связан с электрической схемой управления. С выхода коммутатора сигналы фотодиодов, предварительно усиленные и отфильтрованные, поступают для дальнейшей обработки. Устройство позволяет оценивать характеристики больших сигналов, включая величину постоянной составляющей, используя выход ТИУ. За счет введения ограничителей в дискретно-временные интеграторы несколько расширен диапазон одновременно наблюдаемых сигналов. Недостатком устройства является то, что оно обладает небольшим быстродействием, не имеет функции амплитудного демодулирования сигнала, имеет небольшой динамический диапазон частот и небольшой диапазон длин волн обнаруживаемых сигналов оптических каналов передачи данных.A device for picking up and processing signals from a photodiode, designed for preprocessing signals from photodiodes. It contains series-connected blocks in the circuit of each photodiode: TIU, high-pass filter suppressing the signal from constant background illumination, discrete-time integrators on an op-amp with a limiter included in the feedback circuit. The outputs of the TIA and the outputs of discrete-time integrators on the OS are connected to the inputs of the switch, which is connected to the electrical control circuit. From the output of the switch, the signals of the photodiodes, pre-amplified and filtered, are fed for further processing. The device allows you to evaluate the characteristics of large signals, including the magnitude of the DC component, using the output of the TCI. By introducing limiters into discrete-time integrators, the range of simultaneously observed signals is somewhat expanded. The disadvantage of the device is that it has a low speed, does not have the function of amplitude demodulation of the signal, has a small dynamic frequency range and a small range of wavelengths of the detected signals of optical data transmission channels.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода – патент РФ на изобретение №2703823 «Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода», опубл. 22.10.2019 г. Бюл. № 30.The closest in technical essence to the proposed invention is a device for amplifying and pre-processing pulses from an infrared photodiode - RF patent for invention No. 2703823 "Device for amplifying and pre-processing pulses from an infrared photodiode", publ. 22.10.2019 Bul. No. 30.

Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода содержит ИК фотодиод, подключенный к блоку обработки сигнала. Блок обработки сигнала включает первый операционный усилитель (далее – первый ОУ) с резистором отрицательной обратной связи, включенным между выходом первого ОУ и его инверсным входом, второй операционный усилитель (далее – второй ОУ) с вторым резистором отрицательной обратной связи и конденсатором, включенным между выходом второго ОУ и его инверсным входом и подключенным к выходу первого ОУ через фильтр верхних частот (ФВЧ), который состоит из последовательно соединенных конденсатора и резистора ФВЧ. Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода содержит также коммутатор, входы которого соединены с выходами первого и второго ОУ. Вход управления коммутатора подключен к электрической схеме управления. ИК фотодиод подключен к входу первого ОУ через дополнительный первый резистор. Кроме того, ФВЧ дополнен третьим резистором, размещенным между конденсатором и резистором ФВЧ, причем общая точка их соединения связана через дополнительно введенную нелинейную цепь с выходом второго ОУ. Нелинейная цепь выполнена в виде транзистора, эмиттер которого подключен к общей точке соединения третьего резистора и резистора ФВЧ, а база связана с выходом второго ОУ через четвертый резистор. Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода может содержать n ИК фотодиодов, подключенных к n блокам обработки сигналов, n выходы которых подключены к компаратору. Недостатком устройства является то, что оно обладает небольшим быстродействием, не имеет функции амплитудного демодулирования сигнала, имеет небольшой динамический диапазон частот, обнаруживаемых сигналов оптических каналов передачи данных.The device for amplification and preprocessing of pulses from an infrared photodiode contains an IR photodiode connected to a signal processing unit. The signal processing unit includes the first operational amplifier (hereinafter referred to as the first op-amp) with a negative feedback resistor connected between the output of the first op-amp and its inverse input, a second operational amplifier (hereinafter referred to as the second op-amp) with a second negative feedback resistor and a capacitor connected between the output the second op-amp and its inverse input and connected to the output of the first op-amp through a high-pass filter (HPF), which consists of a series-connected capacitor and a HPF resistor. The device for amplification and preprocessing of pulses from the infrared photodiode also contains a switch, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second op-amp. The switch control input is connected to the control circuitry. The IR photodiode is connected to the input of the first op-amp through an additional first resistor. In addition, the HPF is supplemented with a third resistor located between the capacitor and the HPF resistor, and the common point of their connection is connected through an additionally introduced nonlinear circuit to the output of the second op-amp. The nonlinear circuit is made in the form of a transistor, the emitter of which is connected to the common junction point of the third resistor and the HPF resistor, and the base is connected to the output of the second op-amp through the fourth resistor. A device for amplification and preprocessing of pulses from an infrared photodiode can contain n IR photodiodes connected to n signal processing units, n outputs of which are connected to a comparator. The disadvantage of the device is that it has a low speed, does not have the function of amplitude demodulation of the signal, has a small dynamic range of frequencies detected signals of optical data transmission channels.

Таким образом, основной технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно, возможность проводить обработку сигналов в широком оптическом диапазоне длин волн и широком динамическом диапазонах частот обнаруживаемых сигналов оптических каналов передачи данных и иметь возможность их амплитудного демодулирования.Thus, the main technical objective of the proposed invention is to expand the functionality of the device, namely, the ability to process signals in a wide optical wavelength range and a wide dynamic frequency range of detected signals of optical data transmission channels and to be able to amplitude demodulation.

Для решения указанной технической задачи в Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода, содержащее ИК фотодиод, подключенный к блоку обработки сигнала, включающему операционный усилитель (ОУ) с резистором отрицательной обратной связи, включенным между выходом ОУ и его инверсным входом, фильтр верхних частот (ФВЧ), подключенный к выходу ОУ, причем ИК фотодиод подключен к инверсному входу ОУ через первый резистор, были добавлены переключатель и стерео аудиоусилитель, а в блок обработки сигнала введены дополнительно первый, второй и третий конденсаторы, второй, третий, четвертый, пятый шестой и седьмой резисторы, второй канал обработки сигнала, причем в первый канал обработки сигнала были добавлены также амплитудный демодулятор и фильтр нижних частот (ФНЧ), а второй канал содержит ФВЧ и ФНЧ. ИК фотодиод подключен в обратном направлении (фотодиодный режим) и подключен ко входу ОУ не только через первый резистор, но и через первый конденсатор.To solve the specified technical problem in the Device for amplification and preprocessing of pulses from an infrared photodiode, containing an IR photodiode connected to a signal processing unit, including an operational amplifier (OA) with a negative feedback resistor connected between the output of the OA and its inverse input, an upper filter frequencies (HPF) connected to the output of the op-amp, and the IR photodiode is connected to the inverse input of the op-amp through the first resistor, a switch and a stereo audio amplifier were added, and the first, second and third capacitors were added to the signal processing unit, the second, third, fourth, fifth the sixth and seventh resistors, the second signal processing channel, and an amplitude demodulator and a low-pass filter (LPF) were also added to the first signal processing channel, and the second channel contains a HPF and a LPF. The IR photodiode is connected in the opposite direction (photodiode mode) and is connected to the input of the op-amp not only through the first resistor, but also through the first capacitor.

Выходы каналов обработки сигнала являются выходами блока обработки сигнала и подключены ко входам переключателя, выход которого подключен к первому входу стерео аудиоусилителя (СА), причем второй и третий конденсаторы включены параллельно и первыми выводами соединены с общей шиной источника питания, вторыми выводами соединены с катодом ИК фотодиода, и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с потенциальной шиной источника питания, анод ИК фотодиода также подключен к общей шине источника питания через седьмой резистор, третий и четвертый резисторы включены последовательно между потенциальной и общей шиной источника питания и общей точкой соединения подключены к положительному входу ОУ через пятый резистор. The outputs of the signal processing channels are the outputs of the signal processing unit and are connected to the inputs of the switch, the output of which is connected to the first input of the stereo audio amplifier (CA), the second and third capacitors are connected in parallel and the first leads are connected to the common bus of the power source, the second leads are connected to the IR cathode photodiode, and the first terminal of the second resistor, the second terminal of which is connected to the potential bus of the power supply, the anode of the IR photodiode is also connected to the common bus of the power supply through the seventh resistor, the third and fourth resistors are connected in series between the potential and common bus of the power supply and the common connection point are connected to the positive input of the op-amp through the fifth resistor.

ФВЧ первого канала обработки сигнала содержит конденсатор и резистор, соединенных последовательно, причем первый вывод конденсатора является его входом, а второй вывод резистора соединен с общей шиной источника питания, при этом первый вывод резистора является выходом ФВЧ первого канала обработки сигнала, который подключен ко входу амплитудного демодулятора первого канала обработки сигнала и к потенциальной шине источника питания через шестой резистор, выход амплитудного демодулятора первого канала обработки сигнала подключен ко входу ФНЧ первого канала обработки сигнала, состоящему из трех резисторов, включенных последовательно и двух конденсаторов, включенных между общими точками соединения резисторов ФНЧ первого канала обработки сигнала и общей шиной источника питания, причем первый вывод первого резистора ФНЧ первого канала обработки сигнала является входом ФНЧ первого канала обработки сигнала, а второй вывод третьего резистора ФНЧ первого канала обработки сигнала является выходом ФНЧ первого канала обработки сигнал и первого канала обработки сигнала. The high-pass filter of the first signal processing channel contains a capacitor and a resistor connected in series, the first terminal of the capacitor being its input, and the second terminal of the resistor is connected to the common bus of the power source, while the first terminal of the resistor is the output of the high-pass filter of the first signal processing channel, which is connected to the input of the amplitude the demodulator of the first signal processing channel and to the potential bus of the power source through the sixth resistor, the output of the amplitude demodulator of the first signal processing channel is connected to the LPF input of the first signal processing channel, which consists of three resistors connected in series and two capacitors connected between the common points of connection of the LPF resistors of the first of the signal processing channel and the common bus of the power source, wherein the first terminal of the first LPF resistor of the first signal processing channel is the input of the LPF of the first signal processing channel, and the second terminal of the third LPF resistor of the first signal processing channel is the output LPF of the first signal processing channel and the first signal processing channel.

Вход ФВЧ второго канала обработки сигнала подключен к выходу ОУ и содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, причем первый вывод конденсатора является входом ФВЧ второго канала обработки сигнала, второй вывод резистора подключен к общей шине источника питания, а общая точка соединения конденсатора с резистором является выходом ФВЧ второго канала обработки сигнала, который подключен ко входу ФНЧ второго канала обработки сигнала, состоящему из трех резисторов, включенных последовательно и трех конденсаторов, два из которых включены между общими точками соединения резисторов ФНЧ второго канала обработки сигнала и общей шиной источника питания, а третий конденсатор ФНЧ второго канала обработки сигнала подключен к общей шине источника питания и второму выводу третьего резистора ФНЧ второго канала обработки сигнала, который является выходом ФНЧ второго канала обработки сигнала и выходом второго канала обработки сигнала.The input of the high-pass filter of the second signal processing channel is connected to the output of the op-amp and contains a series-connected capacitor and a resistor, the first output of the capacitor being the input of the high-pass filter of the second signal processing channel, the second output of the resistor is connected to the common bus of the power source, and the common point of connection of the capacitor with the resistor is the output of the high-pass filter of the second signal processing channel, which is connected to the LPF input of the second signal processing channel, which consists of three resistors connected in series and three capacitors, two of which are connected between the common points of connection of the LPF resistors of the second signal processing channel and the common power supply bus, and the third LPF capacitor the second signal processing channel is connected to the common bus of the power source and the second terminal of the third LPF resistor of the second signal processing channel, which is the output of the LPF of the second signal processing channel and the output of the second signal processing channel.

Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном (ИК) диапазоне может содержать два ИК фотодиода, два блока обработки информации и два переключателя. В таком случает второй ИК фотодиод подключен ко второму блоку обработки информации, выходы которого подключены ко входам второго переключателя, выход которого подключен ко второму входу стерео аудиоусилителя 4.A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared (IR) range may contain two IR photodiodes, two information processing units and two switches. In this case, the second IR photodiode is connected to the second information processing unit, the outputs of which are connected to the inputs of the second switch, the output of which is connected to the second input of the stereo audio amplifier 4.

Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном (ИК) диапазоне работает следующим образом. Световое излучение поступает на ИК фотодиод, который включен в фотодиодном режиме. Включение ИК фотодиода в фотодиодном режиме имеет ряд преимуществ:The device for receiving, amplifying, preprocessing signals of optical data transmission channels in the infrared (IR) range operates as follows. Light radiation enters the IR photodiode, which is switched on in the photodiode mode. Turning on an IR photodiode in the photodiode mode has several advantages:

- большая чувствительность к мощности ИК излучения;- high sensitivity to the power of IR radiation;

- большое внутреннее сопротивление фотодиода, что позволяет использовать соизмеримое с ним внутреннее сопротивление усилительного тракта;- high internal resistance of the photodiode, which makes it possible to use the internal resistance of the amplifying circuit commensurate with it;

- отсутствие необходимости в больших, по сравнению с фотогальваническим (ФГ) режимом, коэффициентах усиления усилительного тракта;- no need for large, in comparison with the photovoltaic (PV) mode, amplification factors of the amplifying path;

- большее быстродействие ИК фотодиода вследствие значительного приложенного напряжения питания, которое ускоряет образовавшиеся при облучении носители тока;- faster response of the IR photodiode due to the significant applied supply voltage, which accelerates the current carriers formed during irradiation;

- больший, по сравнению с ФГ режимом, спектральный диапазон работы;- larger, in comparison with the FG mode, the spectral range of operation;

- выходной сигнал линеен в широком динамическом диапазоне длин волн ИК излучения.- the output signal is linear in a wide dynamic range of IR radiation wavelengths.

Для стабилизации приложенного напряжения к катоду ИК фотодиода подключены второй и третий конденсаторы. Приложенное к ИК фотодиоду напряжение является обратным и задается с помощью второго и седьмого резисторов. Выходной сигнал с ИК фотодиода подается на отрицательный вход ОУ через конденсатор (который отсекает постоянную составляющую напряжения, приложенного к ИК фотодиоду, и первый резистор, который вместе с резистором отрицательной обратной связи задает необходимый коэффициент усиления ОУ. На положительный вход ОУ подается потенциал, заданный делителем напряжения, выполненный на последовательно соединенных третьем и четвертом резисторах, причем подается он через пятый резистор. ОУ включен по схеме преобразования тока в напряжение. Усиленный ОУ сигнал поступает на два канала обработки сигнала. Первый канал содержит ФВЧ, амплитудный демодулятор и ФНЧ. ФВЧ предназначен для уменьшения влияния низкочастотных колебаний, вызванными помехами, генерируемыми бытовыми электроприборами. Амплитудный демодулятор выполняет амплитудную демодуляцию сигнала, при этом необходимый потенциал на входе диода задается делителем напряжения выполненном на резисторе ФВЧ и шестом резисторе. ФНЧ устраняет высокочастотные шумы. Аналогичным образом работает и второй канал обработки сигнала, который содержит ФВЧ и ФНЧ. Он осуществляет только фильтрацию сигнала, уменьшая низкочастотные и высокочастотные помехи. Для звукового оповещения, обработанный сигнал подается на стерео аудиоусилитель. При этом выбор сигнала (амплитудно демодулированный или нет) осуществляется с помощью переключателя.To stabilize the applied voltage, the second and third capacitors are connected to the cathode of the IR photodiode. The voltage applied to the IR photodiode is inverse and is set using the second and seventh resistors. The output signal from the IR photodiode is fed to the negative input of the op-amp through a capacitor (which cuts off the dc component of the voltage applied to the IR photodiode, and the first resistor, which, together with the negative feedback resistor, sets the required op-amp gain. The positive input of the op-amp is fed the potential specified by the divider voltage, made on the series-connected third and fourth resistors, and it is fed through the fifth resistor. The op-amp is connected according to the current-to-voltage conversion circuit. The amplified op-amp signal is fed to two signal processing channels. The first channel contains a high-pass filter, an amplitude demodulator and a low-pass filter. reducing the influence of low-frequency oscillations caused by noise generated by household electrical appliances Amplitude demodulator performs amplitude demodulation of the signal, while the required potential at the diode input is set by a voltage divider made on the HPF resistor and the sixth resistor. th noises. The second signal processing channel, which contains a high-pass filter and a low-pass filter, works in a similar way. It only filters the signal, reducing low and high frequency interference. For sound notification, the processed signal is fed to a stereo audio amplifier. In this case, the choice of the signal (amplitude demodulated or not) is carried out using a switch.

Для расширения оптического диапазона длин волн работы устройства в него может быть добавлен второй ИК фотодиод, второй блок обработки сигнала и второй переключатель. Обработанный сигнал второго блока обработки сигнала может быть подан на второй вход стерео аудиоусилителя. Таким образом можно обнаруживать одновременно два оптических канала передачи данных, разнесенных в оптическом диапазоне по частоте.To expand the optical wavelength range of the device operation, a second IR photodiode, a second signal processing unit and a second switch can be added to it. The processed signal of the second signal processing unit can be fed to the second input of the stereo audio amplifier. Thus, it is possible to simultaneously detect two optical data transmission channels spaced in the optical frequency range.

На Фиг. 1. показана схема устройства для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном (ИК) диапазоне.FIG. 1. shows a diagram of a device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared (IR) range.

Предлагаемое устройство (Фиг.1) содержит ИК фотодиод 1, подключенный к блоку обработки сигнала 2 выходы которого подключены ко входам переключателя 3, выход которого подключен к первому входу стерео аудиоусилителя 4. Блок обработки сигнала 2 содержит операционный усилитель 5 (ОУ) с резистором отрицательной обратной связи 6, включенным между выходом ОУ и его инверсным входом, первый 15, второй 12 и третий 13 конденсаторы, первый 7, второй 8, третий 16, четвертый 17, пятый 18 шестой 19 и седьмой 14 резисторы, первый 32 и второй 39 каналы обработки сигнала. ИК фотодиод включен в фотодиодном режиме. Его анод подключен к общей шине источника питания через седьмой резистор 14, а к отрицательному входу ОУ 5 через первый конденсатор 15 и первый резистор 7, включенные последовательно. Катод ИК фотодиода 1 подключен к потенциальной шине источника питания через второй резистор 8 и к общей шине питания через второй 12 и третий 13 конденсаторы, включенные параллельно. Третий резистор 16 и четвертый резистор 17 включены последовательно между потенциальной и общей шиной источника питания и задают необходимое смещение питания, подаваемое на положительный вход ОУ 5 через пятый резистор 18. Операционный усилитель 5 включен по схеме преобразователя тока в напряжение и осуществляет усиление полезного сигнала, полученного с ИК фотодиода 1. Коэффициент усиления задается первым резистором 7 и резистором обратной связи 6. Выход ОУ 5 подключен ко входу первого канала обработки сигнала и входу второго канала обработки сигнала.The proposed device (Figure 1) contains an IR photodiode 1, connected to the signal processing unit 2, whose outputs are connected to the inputs of the switch 3, the output of which is connected to the first input of the stereo audio amplifier 4. The signal processing unit 2 contains an operational amplifier 5 (OA) with a negative resistor feedback 6, connected between the output of the op-amp and its inverse input, the first 15, second 12 and third 13 capacitors, the first 7, second 8, third 16, fourth 17, fifth 18 sixth 19 and seventh 14 resistors, the first 32 and second 39 channels signal processing. The IR photodiode is switched on in the photodiode mode. Its anode is connected to the common bus of the power supply through the seventh resistor 14, and to the negative input of the op-amp 5 through the first capacitor 15 and the first resistor 7, connected in series. The cathode of the IR photodiode 1 is connected to the potential bus of the power source through the second resistor 8 and to the common power bus through the second 12 and third 13 capacitors connected in parallel. The third resistor 16 and the fourth resistor 17 are connected in series between the potential and the common bus of the power source and set the required supply bias supplied to the positive input of the op-amp 5 through the fifth resistor 18. The operational amplifier 5 is connected according to the current-to-voltage converter circuit and amplifies the useful signal received from IR photodiode 1. The gain is set by the first resistor 7 and the feedback resistor 6. The output of the op-amp 5 is connected to the input of the first signal processing channel and the input of the second signal processing channel.

Первый канал обработки сигнала содержит фильтр верхних частот (ФВЧ) 9, амплитудный демодулятор 26 и фильтр нижних частот (ФНЧ) 32. Вход первого канала обработки сигнала является входом ФВЧ 9, который включает в себя конденсатор 10 и резистор 11, соединенных последовательно, причем первый вывод конденсатора 10 является входом ФВЧ 9, а второй вывод резистора 11 соединен с общей шиной источника питания, при этом первый вывод резистора 11 является выходом ФВЧ 9, который подключен ко входу амплитудного демодулятора 26 и к потенциальной шине источника питания через шестой резистор 19. Амплитудный демодулятор 26, состоит из диода 23, резистора 24 и конденсатора 25, причем, анод диода 23 является входом амплитудного демодулятора 26, а катод подключен через резистор 24 к общей шине источника питания и через конденсатор 25 к выходу амплитудного демодулятора 26. Выход амплитудного демодулятора 26 подключен ко входу ФНЧ 32, состоящему из трех резисторов 27, 29 и 31, включенных последовательно и двух конденсаторов 28 и 30, включенных между общими точками соединения резисторов 27, 29 и 31 и общей шиной источника питания, причем первый вывод резистора 27 является входом ФНЧ 32, а второй вывод резистора 31 является выходом ФНЧ 32 и выходом первого канала обработки сигнала.The first signal processing channel contains a high-pass filter (HPF) 9, an amplitude demodulator 26 and a low-pass filter (LPF) 32. The input of the first signal processing channel is the input of the HPF 9, which includes a capacitor 10 and a resistor 11 connected in series, the first the output of the capacitor 10 is the input of the high-pass filter 9, and the second output of the resistor 11 is connected to the common bus of the power supply, while the first output of the resistor 11 is the output of the high-pass filter 9, which is connected to the input of the amplitude demodulator 26 and to the potential bus of the power supply through the sixth resistor 19. Amplitude demodulator 26, consists of a diode 23, a resistor 24 and a capacitor 25, moreover, the anode of the diode 23 is the input of the amplitude demodulator 26, and the cathode is connected through a resistor 24 to the common bus of the power source and through a capacitor 25 to the output of the amplitude demodulator 26. The output of the amplitude demodulator 26 connected to the input LPF 32, consisting of three resistors 27, 29 and 31, connected in series and capacitors 28 and 30 connected between the common points of connection of resistors 27, 29 and 31 and the common bus of the power supply, the first terminal of the resistor 27 being the input of the LPF 32, and the second terminal of the resistor 31 being the output of the LPF 32 and the output of the first signal processing channel.

Второй канал обработки сигнала содержит фильтр верхних частот (ФВЧ) 22 и фильтр нижних частот (ФНЧ) 39. Вход второго канала обработки сигнала является входом ФВЧ 22, который включает в себя конденсатор 20 и резистор 21, соединенных последовательно, причем первый вывод конденсатора 20 является входом ФВЧ 22, а второй вывод резистора 21 соединен с общей шиной источника питания, при этом первый вывод резистора 21 является выходом ФВЧ 22, который подключен ко входу ФНЧ 39, состоящему из трех резисторов 33, 35 и 37, включенных последовательно и трех конденсаторов 34, 36 и 38, причем первый вывод резистора 33 является входом ФНЧ 39, а конденсаторы 34 и 36 включены между общими точками соединения резисторов 33, 35 и 37 и общей шиной источника питания, конденсатор 38 подключен к общей шине источника питания и второму выводу резистора 37, который является выходом ФНЧ 39.The second signal processing channel contains a high-pass filter (HPF) 22 and a low-pass filter (LPF) 39. The input of the second signal processing channel is the input of the HPF 22, which includes a capacitor 20 and a resistor 21 connected in series, the first terminal of the capacitor 20 being the input of the high-pass filter 22, and the second terminal of the resistor 21 is connected to the common bus of the power source, while the first terminal of the resistor 21 is the output of the high-pass filter 22, which is connected to the input of the low-pass filter 39, consisting of three resistors 33, 35 and 37 connected in series and three capacitors 34 , 36 and 38, and the first terminal of the resistor 33 is the input of the LPF 39, and the capacitors 34 and 36 are connected between the common points of connection of the resistors 33, 35 and 37 and the common bus of the power supply, the capacitor 38 is connected to the common bus of the power supply and the second terminal of the resistor 37 , which is the output of LPF 39.

Выходы первого и второго канала обработки сигнала являются выходами 40 и 41 блока обработки сигнала 2 и подключены к первому и второму входу переключателя 3, выход которого подключен к первому входу стерео аудиоусилителя 4.The outputs of the first and second signal processing channels are outputs 40 and 41 of the signal processing unit 2 and are connected to the first and second inputs of the switch 3, the output of which is connected to the first input of the stereo audio amplifier 4.

Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном (ИК) диапазоне может содержать два ИК фотодиода, два блока обработки информации и два переключателя. В таком случает второй ИК фотодиод 42 подключен ко второму блоку обработки информации 43, выходы 44 и 45 которого подключены ко входам второго переключателя 46, выход которого подключен ко второму входу стерео аудиоусилителя 4.A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared (IR) range may contain two IR photodiodes, two information processing units and two switches. In this case, the second IR photodiode 42 is connected to the second information processing unit 43, the outputs 44 and 45 of which are connected to the inputs of the second switch 46, the output of which is connected to the second input of the stereo audio amplifier 4.

Таким образом за счет подключения ИК фотодиода в фотодиодном режиме расширяется динамический диапазон частот, обнаруживаемых сигналов оптических каналов передачи данных.Thus, by connecting an IR photodiode in the photodiode mode, the dynamic frequency range of the detected signals of optical data transmission channels is expanded.

Амплитудная демодуляция сигнала выполняется благодаря введению амплитудного демодулятора в канал обработки сигнала.Amplitude demodulation of the signal is performed by introducing an amplitude demodulator into the signal processing channel.

В результате добавления второго ИК фотодиода и блока обработки сигнала расширяется диапазон длин волн, обнаруживаемых сигналов оптических каналов передачи данных.As a result of the addition of a second IR photodiode and a signal processing unit, the range of wavelengths detected by signals of optical data transmission channels is expanded.

Claims (3)

1. Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном диапазоне, содержащее инфракрасный фотодиод, подключенный к блоку обработки сигнала, включающему операционный усилитель с резистором отрицательной обратной связи, включенным между выходом операционного усилителя и его инверсным входом, фильтр верхних частот, подключенный к выходу операционного усилителя, причем инфракрасный фотодиод подключен к инверсному входу операционного усилителя через первый резистор, отличающееся тем, что инфракрасный фотодиод подключен в обратном направлении (фотодиодный режим) и подключен ко входу операционного усилителя не только через первый резистор, но и через первый конденсатор, а второй и третий конденсаторы включены параллельно и первыми выводами соединены с общей шиной источника питания, вторыми выводами соединены с катодом инфракрасного фотодиода и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с потенциальной шиной источника питания, анод инфракрасного фотодиода также подключен к общей шине источника питания через седьмой резистор, а третий и четвертый резисторы включены последовательно между потенциальной и общей шиной источника питания и общей точкой соединения подключены к положительному входу операционного усилителя через пятый резистор, фильтр верхних частот входит в первый канал обработки сигнала и содержит конденсатор и резистор, соединенные последовательно, причем первый вывод конденсатора является его входом, а второй вывод резистора соединен с общей шиной источника питания, при этом первый вывод резистора является выходом фильтра верхних частот первого канала обработки сигнала, который подключен ко входу амплитудного демодулятора первого канала обработки сигнала и к потенциальной шине источника питания через шестой резистор, выход амплитудного демодулятора первого канала обработки сигнала подключен ко входу фильтра нижних частот первого канала обработки сигнала, состоящему из трех резисторов, включенных последовательно и двух конденсаторов, включенных между общими точками соединения резисторов фильтра нижних частот первого канала обработки сигнала и общей шиной источника питания, причем первый вывод первого резистора фильтра нижних частот первого канала обработки сигнала является входом фильтра нижних частот первого канала обработки сигнала, а второй вывод третьего резистора фильтра нижних частот первого канала обработки сигнала является выходом фильтра нижних частот первого канала обработки сигнал и выходом первого канала обработки сигнала, вход фильтра верхних частот второго канала обработки сигнала подключен к выходу операционного усилителя и содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, причем первый вывод конденсатора является входом фильтра верхних частот второго канала обработки сигнала, второй вывод резистора подключен к общей шине источника питания, а общая точка соединения конденсатора с резистором является выходом фильтра верхних частот второго канала обработки сигнала, который подключен ко входу фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала, состоящему из трех резисторов, включенных последовательно, причем первый вывод первого резистора фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала является входом фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала, и трех конденсаторов, два из которых включены между общими точками соединения резисторов фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала и общей шиной источника питания, а третий конденсатор фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала подключен к общей шине источника питания и второму выводу третьего резистора фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала, который является выходом фильтра нижних частот второго канала обработки сигнала и выходом второго канала обработки сигнала, выходы обоих каналов обработки сигнала являются выходами блока обработки сигнала и подключены ко входам переключателя, выход которого подключен к первому входу стереоаудиоусилителя.1. A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared range, containing an infrared photodiode connected to a signal processing unit including an operational amplifier with a negative feedback resistor connected between the output of the operational amplifier and its inverse input, an upper filter frequencies connected to the output of the operational amplifier, and the infrared photodiode is connected to the inverse input of the operational amplifier through the first resistor, characterized in that the infrared photodiode is connected in the opposite direction (photodiode mode) and connected to the input of the operational amplifier not only through the first resistor, but also through the first capacitor, and the second and third capacitors are connected in parallel and the first leads are connected to the common bus of the power source, the second leads are connected to the cathode of the infrared photodiode and the first lead of the second resistor, the second lead of which is connected to the potential bus th power supply, the anode of the infrared photodiode is also connected to the common bus of the power supply through the seventh resistor, and the third and fourth resistors are connected in series between the potential and common bus of the power supply and the common junction point are connected to the positive input of the op-amp through the fifth resistor, a high-pass filter is included into the first signal processing channel and contains a capacitor and a resistor connected in series, the first terminal of the capacitor being its input, and the second terminal of the resistor is connected to the common bus of the power supply, while the first terminal of the resistor is the output of the high-pass filter of the first signal processing channel, which is connected to the input of the amplitude demodulator of the first signal processing channel and to the potential bus of the power supply through the sixth resistor, the output of the amplitude demodulator of the first signal processing channel is connected to the input of the low-pass filter of the first signal processing channel, consisting of three resistors sources connected in series and two capacitors connected between the common points of connection of the low-pass filter resistors of the first signal processing channel and the common bus of the power supply, the first terminal of the first low-pass filter resistor of the first signal processing channel being the input of the low-pass filter of the first signal processing channel, and the second terminal of the third resistor of the low-pass filter of the first signal processing channel is the output of the low-pass filter of the first signal processing channel and the output of the first signal processing channel, the input of the high-pass filter of the second signal processing channel is connected to the output of the operational amplifier and contains a capacitor and a resistor connected in series, the first the capacitor terminal is the input of the high-pass filter of the second signal processing channel, the second terminal of the resistor is connected to the common bus of the power supply, and the common point of the capacitor-resistor connection is the output of the high-pass filter W th signal processing channel, which is connected to the input of the low pass filter of the second signal processing channel, consisting of three resistors connected in series, and the first output of the first resistor of the low pass filter of the second signal processing channel is the input of the low pass filter of the second signal processing channel, and three capacitors , two of which are connected between the common points of connection of the low-pass filter resistors of the second signal processing channel and the common bus of the power supply, and the third capacitor of the low-pass filter of the second signal processing channel is connected to the common bus of the power supply and the second terminal of the third resistor of the low-pass filter of the second processing channel signal, which is the output of the low-pass filter of the second signal processing channel and the output of the second signal processing channel, the outputs of both signal processing channels are outputs of the signal processing unit and are connected to the inputs of the switch, the output of which is connected to the first to the input of the stereo audio amplifier. 2. Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном диапазоне по п.1, отличающееся тем, что первый канал обработки сигнала содержит амплитудный демодулятор, состоящий из диода, резистора и конденсатора, причем анод диода является входом амплитудного демодулятора, а катод подключен через резистор к общей шине источника питания и через конденсатор - к выходу амплитудного демодулятора.2. A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared range according to claim 1, characterized in that the first signal processing channel contains an amplitude demodulator, consisting of a diode, a resistor and a capacitor, and the anode of the diode is the input of an amplitude demodulator , and the cathode is connected through a resistor to the common bus of the power source and through a capacitor to the output of the amplitude demodulator. 3. Устройство для приема, усиления, предварительной обработки сигналов оптических каналов передачи данных в инфракрасном диапазоне по п.1, отличающееся тем, что содержит два инфракрасных фотодиода, два блока обработки сигнала, два переключателя, выходы которых подключены к первому и второму входу стереоаудиоусилителя соответственно. 3. A device for receiving, amplifying, preprocessing signals from optical data transmission channels in the infrared range according to claim 1, characterized in that it contains two infrared photodiodes, two signal processing units, two switches, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the stereo audio amplifier, respectively ...
RU2020107529A 2020-02-19 2020-02-19 Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range RU2731528C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107529A RU2731528C1 (en) 2020-02-19 2020-02-19 Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107529A RU2731528C1 (en) 2020-02-19 2020-02-19 Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731528C1 true RU2731528C1 (en) 2020-09-03

Family

ID=72421871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020107529A RU2731528C1 (en) 2020-02-19 2020-02-19 Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731528C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757375C1 (en) * 2021-02-25 2021-10-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ) (RU) Device for receiving, amplifying, preprocessing signals of optical data transmission channels in the infrared range

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1595821A (en) * 1977-04-28 1981-08-19 Texas Instruments Inc Low-power light information transmission system
RU26714U1 (en) * 2001-08-31 2002-12-10 Александров Роман Юрьевич MULTIFUNCTIONAL COMMUNICATION SYSTEM FUNCTIONING UNDER THE CONDITIONS OF EXPOSURE TO UNCERTAIN INTERFERENCE WITH A LIMITED MIDDLE POWER
EP1732248A1 (en) * 2004-03-25 2006-12-13 Toa Corporation Photodetector and infrared communication device
RU2703823C1 (en) * 2018-12-21 2019-10-22 Акционерное общество "ЛОМО" Apparatus for amplification and preliminary processing of pulses from an infrared photodiode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1595821A (en) * 1977-04-28 1981-08-19 Texas Instruments Inc Low-power light information transmission system
RU26714U1 (en) * 2001-08-31 2002-12-10 Александров Роман Юрьевич MULTIFUNCTIONAL COMMUNICATION SYSTEM FUNCTIONING UNDER THE CONDITIONS OF EXPOSURE TO UNCERTAIN INTERFERENCE WITH A LIMITED MIDDLE POWER
EP1732248A1 (en) * 2004-03-25 2006-12-13 Toa Corporation Photodetector and infrared communication device
RU2703823C1 (en) * 2018-12-21 2019-10-22 Акционерное общество "ЛОМО" Apparatus for amplification and preliminary processing of pulses from an infrared photodiode

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757375C1 (en) * 2021-02-25 2021-10-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ) (RU) Device for receiving, amplifying, preprocessing signals of optical data transmission channels in the infrared range

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6143307Y2 (en)
RU2731528C1 (en) Apparatus for receiving, amplifying and preliminary processing signals of optical data channels in the infrared range
US8742314B2 (en) Light amount detecting apparatus, and light amount information processing apparatus
RU2757375C1 (en) Device for receiving, amplifying, preprocessing signals of optical data transmission channels in the infrared range
RU2703823C1 (en) Apparatus for amplification and preliminary processing of pulses from an infrared photodiode
KR100953133B1 (en) Infrared Signal Receiver of having Band Rejection Filter
JP3999055B2 (en) Signal detection processing circuit
CN113852420A (en) Adaptive filtering optical power detection circuit and method
CN212518990U (en) Demodulation device for top modulation signal and optical module
KR101364641B1 (en) Circuit for filtering noise and amplifying signal for electro-optical module
RU2551117C2 (en) Open optical communication system
CN220271887U (en) Quantum random number generator
CN216904871U (en) Photoelectric conversion and signal conditioning system
US4471311A (en) Detector circuit having AGC function
CN215639499U (en) Photoelectric receiving and detecting circuit
KR102219713B1 (en) Laser seeker
KR102382338B1 (en) Apparatus for detecting Infrared band laser
CN214583654U (en) Device for improving dynamic range of photodiode
CN213186050U (en) Weak light signal amplifying circuit
KR102207002B1 (en) Optical detecting apparatus
SU1538257A1 (en) Amplitude-modulated signal receiver
binti Mahmod et al. Transimpedance Amplifier Receiver with Variable Gain Amplifier
CN116106230A (en) Dual-path environment detection signal processing circuit and medium concentration detection system
JP2005039568A (en) Amplifier circuit with signal detecting function
JPS59110232A (en) Light receiving signal controller